透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法，该喷枪包括依次连接相通的连接段、枪身段、喷吹段，所述喷吹段由端头封闭的喷吹段气室、喷吹段V型锚固件和喷吹段耐火浇注料衬组成，所述喷吹段气室的侧壁设有与其轴线垂直的弥散型喷口，其中，最外侧两个弥散型喷口的中心轴线夹角小于150°。该方法首先根据制备上述喷枪的结构参数，加工制作喷枪各金属部件并除锈；然后制备得到喷吹段，将枪身段主管与喷吹段气室焊接连通，选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型；即得到喷枪。本发明提供的喷枪制作方法，保证了喷枪制作的顺利进行、喷枪结构尺寸精度、气体喷射通道的畅通与金属结构气密性，提高喷枪的内在质量与使用性能。
【专利说明】透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铁水预处理领域，本发明涉及一种辅助铁水扒渣用聚渣透气器件及其制备方法，具体是涉及一种铁水预处理扒渣过程中透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铁水预处理与扒渣技术是洁净钢生产平台的关键技术之一，也是现代钢铁工业生产流程中的必备工序。目前，国内外钢铁企业普遍采用扒渣机进行预处理后铁水液面上铁水渣的扒除；由于铁水罐与扒渣板形状的限制，扒渣板不能伸到铁水罐后壁，导致该区域铁水渣难以扒出；同时，由于铁水液面上铁水渣的分散与漂浮，扒渣板单次动作的扒渣量少，导致扒渣板动作次数多，扒渣时间长、扒渣效率低、扒渣铁损大、运行成本高，制约了预处理工序技术经济指标的改善与生产效益的发挥。
[0003]针对上述问题，一些技术先进国家的钢铁企业，先后于上世纪80年代与90年代开发了顶枪吹气赶渣与透气砖透气赶渣的辅助扒渣工艺，通过沿铁水罐后壁插入铁水中的吹气顶枪或安装在铁水罐后壁铁水深处透气砖的气体喷吹，驱使液面上铁水渣向扒渣口方向聚集，并使铁水罐后壁区域铁水裸露，达到提高扒渣效率的目的，相关资料报道了顶枪或透气砖吹气扒渣的实际应用效果，指出了顶枪吹气对铁水罐后壁耐火材料工作衬冲刷磨损严重的不足，但对顶枪或透气砖的结构参数、安装布置方式、操作工艺过程与工艺参数等均未进行系统的报道。
[0004]进入21世纪后，我国一些钢铁企业首先开展了铁水罐透气砖辅助扒渣工艺技术的研究，并在众多钢铁企业得到应用，但由于透气砖气体连接操作繁琐、透气砖堵塞与透气砖区域漏铁风险等，时常威胁操作人员的人身安全与铁水罐的安全运行与正常周转，对于“一罐到底”的工艺模式，安全隐患更大，透气砖吹开率将更低。为此，2005年，宝钢率先开展了顶枪吹气驱渣辅助扒渣工艺技术的研究，并基于具体的工艺布局与设备状况，开展了大量的技术完善工作，并于2010年在宝钢集团梅山钢铁股份有限公司铁水喷吹脱硫扒渣生产线上得到应用，取得了提高扒渣效率的优良效果；首钢京唐钢铁联合有限公司针对曹妃甸铁水KR搅拌脱硫扒渣生产线的工艺布局与设备现状，2012年初开展了顶枪吹气辅助扒渣工艺技术与应用研究，也取得了提高扒渣效率的优良效果；此外，武钢、鞍钢等钢铁企业也先后开展了顶枪吹气辅助扒渣的技术研究，并基于不同的设备技术特征，形成了特色鲜明的辅助扒渣顶枪吹气聚渣方法与吹气喷枪等系列专利技术。
[0005]其中，在顶枪吹气聚渣方法方面，申请号为201010269403.9的中国发明专利公开了一种吹气赶渣装置与赶渣方法，申请号为201010269403.8的中国发明专利公开了一种吹气赶渣装置及赶渣方法，申请号为201210021342.2的中国发明专利公开了一种吹气聚渣设备、扒渣系统及其方法，申请号为200910187790.8的中国发明专利公开了一种铁水扒渣法，这些专利分别对喷枪插入深度、倾斜角度、喷吹气体压力与流量、喷枪吹气启动时机等进行了说明，但喷枪吹气时机的滞后(大块渣扒净后或渣层厚度小于50mm后启动喷枪吹气)、喷枪插入深度浅(插入深度300~400mm)、喷吹流量过小(15~30Nm3/h或O~800L/min)，不利于喷枪吹气聚渣作用时间的保障、喷吹气体上浮动能及其对液面铁水渣驱动能力的提高、吹气聚渣效果的保证等；
[0006]在吹气聚渣喷枪方面，国内相关钢铁企业以延长使用寿命为目的，通过枪衬增厚手段，提高枪衬抗熔渣侵蚀与铁水冲刷磨损，形成了多项专利技术，申请号为201020237906.2的中国实用新型专利公开了一种用于吹气赶渣的吹气枪，申请号为201020543058.8的中国实用新型专利公开了一种用于铁水吹气赶渣的吹气枪，这些专利喷枪结构与台湾中钢引进德国的直筒单孔顶枪相似，并在实际生产中得到应用，同样存在铁水罐壁耐火材料工作衬冲刷磨损严重的不足；为此，申请号为201120059133.8的中国发明专利公开了一种辅助铁水扒渣的吹气枪，该吹气枪在上述专利喷枪结构的基础上，进行了倾斜喷口的枪头结构改进设计，防止喷吹气体对罐壁耐火材料的冲刷，但未见到实际生产应用的报道。
[0007]申请号为201310076959.9的中国发明专利公开了一种辅助铁水扒渣的吹气聚渣喷枪及其使用方法，其以垂直枪管中心线对称布置的两个喷口为特征的吹气喷枪及其使用方法，降低喷吹气流对罐壁的冲刷磨损，增强喷吹气流的驱渣作用，通过工业性试验，发现喷枪在扒渣动作前的下枪过程中存在枪头与渣层撞击现象，影响了喷枪的使用寿命；为此，申请号为201320467961.4的中国实用新型专利公开了一种铁水预处理顶部吹气辅助扒渣喷枪，它是由枪身段和喷吹段构成的，通过增大喷吹段直径，提高喷枪枪头抗渣层撞击能力，并在实际生产中取得了延长喷枪使用寿命、缩短扒渣时间的应用效果，但对扒渣铁损方面效果不突出。根据顶枪吹气扒渣实际生产应用的调研结果，实际生产应用的吹气喷枪结构均为直筒单孔喷枪，缩短扒渣时间的效果突出，但扒渣铁损、罐壁磨损、喷枪寿命等指标不同企业间差异巨大，尤其是扒渣铁损以及吹气喷溅状况差异显著。根据相关资料报道，有关吹气喷枪结构参数与操作控制参数对驱渣效果的影响目前国内外研究较少，还不能解释上述问题产生的原因，远不能直接指导喷枪的结构参数优化与实际生产操作工艺的改进。分析认为，喷枪结构的不同将直接影响到气体喷射流场以及铁水中气泡的分布与运行轨迹，因而，首先必须开展喷枪的结构优化研究，组织合理的喷射流场，其次是在确定的设备条件下，进一步开展操作工艺优化研究，稳定喷枪吹气聚渣效果，最终达到降低吹气搅拌引起的渣铁互混与扒渣铁损以及罐壁磨损、缩短扒渣时间、减少运行消耗与维护成本、延长喷枪使用寿命等综合目标。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题就是提供一种铁水预处理扒渣过程中透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法。喷枪具有结构简单、制备简便、透气通畅、使用寿命长、操作稳定、铁水渣聚集程度高、铁水裸露面大、铁水罐壁冲刷磨损小、扒渣铁损低、扒渣时间短等特点。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供的一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，包括依次连接相通的连接段、枪身段、喷吹段，所述连接段由连接件和连接管；所述枪身段由枪身段主管、枪身段V型锚固件和枪身段耐火浇注料衬组成；所述喷吹段由端头封闭的喷吹段气室、喷吹段V型锚固件和喷吹段耐火浇注料衬组成，所述喷吹段气室的侧壁设有与其轴线垂直的弥散型喷口，其中，所述弥散型喷口的数量为多个，最外侧两个弥散型喷口的中心轴线夹角a <150°。所述喷吹段为椭圆形柱、圆柱形、圆桶形、立方体、台形体或者边棱为圆弧过渡面的柱状体。
[0010]在一些实施方案中，所述弥散型喷口为狭缝式或毛细孔式结构，弥散型喷口沿喷吹段气室圆周方向水平或上倾β布置，其中，β为10~30°。
[0011]在另一些实施方案中，所述连接件为法兰盘或金属快接件。
[0012]本发明还提供了一种透气聚渣用顶部插入式喷枪的制备方法，包括以下步骤:
[0013]I)根据制备上述喷枪的结构参数，加工制作喷枪各金属部件并除锈，备用；
[0014]2)选取喷吹段气室，在喷吹段气室的侧壁开设有与其轴线垂直的狭缝式或毛细孔式弥散型喷口，并在喷吹段气室外壁上焊接喷吹段V型锚固件；
[0015]3)将步骤2)的喷吹段气室安装于喷吹段浇注模具中，采用PVC塑料薄片或细棒线作为烧蚀材料，贯穿喷吹段气室与模具外壁上的狭缝式或毛细孔式弥散型喷口，并用胶带与夹具固定于喷吹段气室内壁和模具外壁；
[0016]4)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的喷吹段，浇注料上表面与狭缝式或毛细孔式弥散型喷口的最小垂直距离要求> 50mm,喷吹段气室侧壁高于浇注料面高度≤10mm；
[0017]5)喷吹段浇注后自然养护I~3天后，将枪身段主管与喷吹段气室焊接连通，在枪身段主管表面按要求焊接枪身段V型锚固件，并用钢刷刷毛喷吹段耐火材料接合面，采用有机硅偶联剂涂刷该接合面，将枪身段整体安装固定在枪身段浇注模具中；
[0018]6)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的枪身段，枪身段主管浇注料外露段长度>连接段的长度；
[0019]7)枪身段浇注后自然养护I~3天，按照连接段的长度要求对枪身段主管外露段切割加工，焊接或螺纹连接安装连接件；
[0020]8)清除枪身段主管与喷吹段气室内部的残渣，自然养护3~6天，置于烘烤炉内，在温度为350~450°C的条件下烘烤2~4天，炉内冷却至≤50°C出炉，并再次清除枪身段主管与喷吹段气室内部残渣，包装入库，即得到透气聚渣用顶部插入式喷枪。
[0021]本发明通过大量的水模实验，先后研究了弥散型喷口结构形状、狭缝或毛细孔数量、喷射段结构等结构参数以及喷枪插入部位、插入深度、喷吹流量、喷吹压力等工艺参数对喷枪透气聚渣效果、铁水裸露面大小与形状、透气对罐壁冲刷程度等的影响规律，通过对水模实验结果的综合分析，得到了本发明的初步技术。通过在实际生产中的工业性试验，进一步研究了喷枪结构参数与操作工艺参数对扒渣效果的影响。结合水模实验与工业性试验结果，以缩短扒渣时间、降低扒渣铁损与喷枪制作成本、减小铁水罐壁磨损、延长喷枪寿命等为目标，进行了喷枪结构与工艺参数的优化。
[0022]本发明的有益效果在于:
[0023]根据水模实验与工业性试验结果，与现有技术中直筒单喷口结构喷枪，本发明的狭缝或毛细孔弥散型喷口结构、沿喷吹段气室圆周方向水平或上倾布置方式、并与喷吹段气室相通和最外侧两个喷口中心线夹角a <150°的分布模式，改变了喷射气流方向与喷射区域、减少气流对罐壁的磨损，促进了喷射气流对铁水罐左、右、后罐壁区域铁水渣向扒渣口的驱赶作用，提高了吹气聚渣效果与扒渣效率，达到缩短扒渣时间的目的；此外，在同等喷射气体流量条件下，弥散型喷口的气泡细小、流股众多，遏制了气体流股上升膨胀过程中的聚集，降低了液面气体排出强度及其引起的液面剧烈波动，提高了透气聚渣的稳定性，扩大了喷枪透气流量的适应范围，遏制了液面剧烈波动引起的渣铁互混与扎中含铁量，达到降低扒渣铁损的目的；同时，降低了气体喷射的反作用力以及气流对喷枪的冲刷磨损，提高了喷吹段的综合整体性与抗机械损伤能力，达到延长喷枪使用寿命的目的。通过喷吹段气室与喷射段外形结构设计成为椭圆形柱、圆柱形、圆桶形、立方体、台形体或者边棱为圆弧过渡面的柱状体的结构设计，方便了弥散型喷口弥散型喷口的布置，降低喷枪制作难度，并扩大弥散型喷口间距，进一步降低浮升力对喷射气流的聚集作用，提高透气聚渣的稳定性。本发明采用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料制备耐火浇注料衬，通过浇注料优良的热震稳定性、力学强度、抗机械冲击能力等性能，延缓了耐火浇注衬的破损进程，强化了耐火浇注料衬对枪身段主管、喷吹段气室、金属锚固件等的保护功能，进一步延长了喷枪使用寿命。本发明提供的喷枪制作方法，保证了喷枪制作的顺利进行、喷枪结构尺寸精度、气体喷射通道的畅通与金属结构气密性，提高喷枪的内在质量与使用性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明一种边棱为圆弧过渡面的圆柱体喷吹段透气聚渣喷枪结构示意图；
[0025]图2为图1的A-A剖面图；
[0026]图3为本发明一种上下边棱为圆弧过渡面的椭圆柱体喷吹段透气聚渣喷枪结构示意图；
[0027]图4为图3的A-A剖面图；
[0028]图5为本发明一种边棱为圆弧过渡面的圆台喷吹段透气聚渣结构示意图；
[0029]图6为本发明一种圆弧过渡面的柱体喷吹段透气聚渣结构示意图；
[0030]图中:连接段I(其中:法兰盘1.1，连接管1.2)，枪身段2(其中:枪身段主管2.1，枪身段V型锚固件2.2，枪身段耐火浇注料衬2.3组成)，喷吹段3 (其中:喷吹段主管3.1，喷吹段V型锚固件3.2，喷吹段耐火浇注料衬3.3，喷口 3.4)。
【具体实施方式】
[0031]为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
[0032]实施例1
[0033]如图1~2所示，一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，包括依次连接相通的连接段1、枪身段2、喷吹段3，喷吹段3轴向截面尺寸大于枪身段2，所述连接段I由法兰盘1.1和连接管1.2 ;所述枪身段2由枪身段主管2.1、枪身段V型锚固件2.2和枪身段耐火浇注料衬
2.3组成；所述喷吹段3由端头封闭的喷吹段气室3.1、喷吹段V型锚固件3.2和喷吹段耐火浇注料衬3.3组成，
[0034]枪身段主管2.1为普通碳钢无缝管，其中，一端与法兰盘1.1焊接相通，另一端与喷吹段气室3.1焊接相通。喷吹段气室3.13为普通碳钢管与普通碳钢板焊接件，另一端为普通碳钢板焊接封堵，所述喷吹段气室3.1的侧壁设有与其轴线垂直的弥散型喷口 3.4，其中，所述弥散型喷口 3.4的数量为9个，最外侧两个弥散型喷口 3.4的中心轴线夹角小于120°。所述喷吹段3为边棱为圆弧过渡面的圆柱体。
[0035]弥散型喷口 3.4为毛细孔式结构，弥散型喷口 3.4沿喷吹段气室3.1圆周方向水平。
[0036]一种透气聚渣用顶部插入式喷枪的制备方法，包括以下步骤:
[0037]I)根据制备上述喷枪的结构参数，加工制作喷枪各金属部件并除锈，备用；
[0038]2)选取喷吹段气室3.1，在喷吹段气室3.1的侧壁开设有与其轴线垂直的毛细孔式弥散型喷口 3.4，并在喷吹段气室3.1外壁上焊接喷吹段V型锚固件3.2 ;
[0039]3)将步骤2的喷吹段气室3.1安装于喷吹段9浇注模具中，采用PVC塑料薄片或细棒线作为烧蚀材料，贯穿喷吹段气室3.1与模具外壁上的狭缝式或毛细孔式弥散型喷口
3.4，并用胶带与夹具固定于将喷吹段气室3.1内壁和模具外壁固定；
[0040]4)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的喷吹段9，浇注料上表面与狭缝式或毛细孔式弥散型喷口 3.4的最小垂直距离要求> 50mm ;喷吹段气室侧壁高于浇注料面高度> 1mm ；
[0041]5)喷吹段9浇注后自然养护I~3天后，将枪身段主管2.1与喷吹段气室3.1焊接连通，在枪身段主管2.1表面按要求焊接枪身段V型锚固件2.2，并用钢刷刷毛喷吹段9耐火材料接合面， 采用有机硅偶联剂涂刷该接合面，将枪身段2整体安装固定在枪身段2浇注模具中；
[0042]6)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的枪身段2，枪身段主管2.1浇注料外露段长度>连接段I的长度；
[0043]7)枪身段2浇注后自然养护I~3天，按照连接段I的长度要求对枪身段主管2.1外露段切割加工，焊接或螺纹连接安装连接件1.1;
[0044]8)清除枪身段主管2.1与喷吹段气室3.1内部的残渣，自然养护3~6天，置于烘烤炉内，在温度为350~450°C的条件下烘烤2~4天，炉内冷却至≤50°C出炉，并再次清除枪身段主管2.1与喷吹段气室3.1内部残渣，包装入库，即得到透气聚渣用顶部插入式喷枪。
[0045]实施例2
[0046]如图3~4所示，一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0047]弥散型喷口 3.4为狭缝式结构，喷吹段3为上下边棱为圆弧过渡面的椭圆形柱体。
[0048]实施例3
[0049]如图5所示，一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0050]弥散型喷口 3.4为毛细孔式结构，沿金属气室3圆周方向上倾10°布置，喷吹段3为边棱为圆弧过渡面的圆台。
[0051]实施例4
[0052]如图6所示，一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0053]弥散型喷口 3.4为狭缝式结构，沿金属气室3圆周方向上倾β布置喷吹段3为边棱为圆弧过渡面的柱体。
[0054]其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例， 这些实施例都属于本发明保护范围。
【权利要求】
1.一种透气聚渣用顶部插入式喷枪，包括依次连接相通的连接段(I)、枪身段(2)、喷吹段(3)，所述连接段⑴由连接件(1.1)和连接管(1.2)； 所述枪身段(2)由枪身段主管(2.1)、枪身段V型锚固件(2.2)和枪身段耐火浇注料衬(2.3)组成；所述喷吹段(3)由端头封闭的喷吹段气室(3.1)、喷吹段V型锚固件(3.2)和喷吹段耐火浇注料衬(3.3)组成，其特征在于: 所述喷吹段气室(3.1)的侧壁设有与其轴线垂直的弥散型喷口(3.4)，其中，所述弥散型喷口(3.4)的数量为多个，最外侧两个弥散型喷口(3.4)的中心轴线夹角小于150°。
2.根据权利要求1所述的透气聚渣用顶部插入式喷枪，其特征在于:所述弥散型喷口(3.4)为狭缝式或毛细孔式结构，弥散型喷口(3.4)沿喷吹段气室(3.1)圆周方向水平或上倾β布置，其中，β为10~30°。
3.根据权利要求1或2所述的透气聚渣用顶部插入式喷枪，其特征在于:所述连接件(1.1)为法兰盘或金属快接件。
4.根据权利要求1或2所述的透气聚渣用顶部插入式喷枪，其特征在于:所述喷吹段(3)为椭圆形柱、圆柱形、圆桶形、立方体、台形体或者边棱为圆弧过渡面的柱状体。
5.一种透气聚渣用顶部插入式喷枪的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)根据制备上述喷枪的结构参数，加工制作喷枪各金属部件并除锈，备用； 2)选取喷吹段气室(3.1)，在喷吹段气室(3.1)的侧壁开设有与其轴线垂直的狭缝式或毛细孔式弥散型喷口(3.4)，并在喷吹段气室(3.1)外壁上焊接喷吹段V型锚固件(3.2)； 3)将步骤2)的喷吹段气室(3.1)安装于喷吹段(9)浇注模具中，采用PVC塑料薄片或细棒线作为烧蚀材料，贯穿喷吹段气室(3.1)与模具外壁上的狭缝式或毛细孔式弥散型喷口(3.4)，并用胶带与夹具固定于喷吹段气室(3.1)内壁和模具外壁固定； 4)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的喷吹段(9)，浇注料上表面与狭缝式或毛细孔式弥散型喷口(3.4)的最小垂直距离要求> 50mm;喷吹段气室侧壁高于浇注料面高度> 1mm ； 5)喷吹段(9)浇注后自然养护I~3天后，将枪身段主管(2.1)与喷吹段气室(3.1)焊接连通，在枪身段主管(2.1)表面按要求焊接枪身段V型锚固件(2.2)，并用钢刷刷毛喷吹段(9)耐火材料接合面，采用有机硅偶联剂涂刷该接合面，将枪身段(2)整体安装固定在枪身段(2)浇注模具中； 6)选用钢纤维增强刚玉莫来石质浇注料进行浇注成型，制备得到喷枪的枪身段(2)，枪身段主管(2.1)浇注料外露段长度>连接段(7)的长度； 7)枪身段(2)浇注后自然养护I~3天，按照连接段(7)的长度要求对枪身段主管(2.1)外露段切割加工，焊接或螺纹连接安装连接件(1.1)； 8)清除枪身段主管(2.1)与喷吹段气室(3.1)内部的残渣，自然养护3~6天，置于烘烤炉内，在温度为350~450°C的条件下烘烤2~4天，炉内冷却至≤50°C出炉，并再次清除枪身段主管(2.1)与喷吹段气室(3.1)内部残渣，包装入库，即得到透气聚渣用顶部插入式喷枪。
【文档编号】C21C7/072GK104164535SQ201410369325
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】欧阳德刚, 罗安智, 余明红, 李胜超, 李明晖 申请人:武汉钢铁(集团)公司